الكتلة الحيوية للأرض بالنسبة المئوية. يجري العلماء تعدادًا عالميًا للكتلة الحيوية
و و الخامسو أنا س ب س ل س ح ل أ ح ه م ل و
في كل مكان على وجه الأرض ، أينما نظرت ، تهيمن الحياة. يمكن العثور على النباتات والحيوانات في كل مكان. وكم عدد الكائنات الحية غير المرئية بالعين المجردة! أبسط الحيوانات وحيدة الخلية والطحالب المجهرية والعديد من الفطريات والبكتيريا والفيروسات ...
في عصرنا ، يوجد ما يصل إلى 500 ألف نوع من النباتات وحوالي 1.5 مليون نوع حيواني معروف. ولكن بعيدًا عن كل الأنواع تم اكتشافها ووصفها. وإذا تخيلت عدد الأفراد لكل نوع! .. حاول أن تحسب عدد التنوب في التايغا ، أو الهندباء في مرج ، أو آذان الذرة في حقل قمح واحد ... كم عدد النمل الذي يعيش في عش النمل ، كم عدد القشريات من العملاق أو الدفنيا في بركة واحدة ، كم عدد السناجب في الغابة ، كم عدد الحراب ، المجثم أو الصراصير في بحيرة واحدة؟ .. ويتم الحصول على أعداد رائعة حقًا عند محاولة عد الكائنات الحية الدقيقة. 
نعم في1 جرام تربة الغابات ، في المتوسط ، هناك:
البكتيريا -400،000،000 ،
الفطر - 2،000،000 ،
الطحالب - 100000 ،
البروتوزوا - 10000.
يعتقد علماء الأحياء الدقيقة في جامعة جورجيا ذلك يوجد على الأرض فقط 5.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 (5 نون مليون) بكتيريا . هذا يرقى إلى 70٪ من كتلة الحياة على الكوكب.
كل هذا العدد الذي لا يحصى من الكائنات الحية لم يتم وضعه بشكل عشوائي وعشوائي ، ولكن بشكل طبيعي تمامًا ، في ترتيب معين ، وفقًا لقوانين الحياة التي تم تأسيسها تاريخيًا على الأرض. إليكم ما كتبه عالم الأحياء الأمريكي ك. ويلي عن هذا: "للوهلة الأولى ، قد يبدو أن عالم الكائنات الحية يتكون من عدد لا يمكن تصوره من النباتات والحيوانات التي تختلف عن بعضها البعض ويذهب كل منها بطريقته الخاصة. ومع ذلك ، تظهر دراسة أكثر تفصيلاً أن جميع الكائنات الحية ، النباتية والحيوانية ، لها نفس الاحتياجات الحيوية الأساسية ، وتواجه نفس المشكلات: الحصول على الغذاء كمصدر للطاقة ، وقهر مساحة المعيشة ، والتكاثر ، وما إلى ذلك. شكلت هذه المشاكل والنباتات والحيوانات مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأشكال المختلفة ، كل منها يتكيف مع الحياة في ظروف بيئية معينة. لم يتكيف كل شكل مع الظروف المادية للبيئة فحسب - فقد اكتسب مقاومة للتقلبات ضمن حدود معينة من الرطوبة والرياح والإضاءة ودرجة الحرارة والجاذبية وما إلى ذلك ، ولكن أيضًا مع البيئة الحيوية - لجميع النباتات والحيوانات الحية في نفس المنطقة.
يتم توزيع الكائنات الحية بشكل منتظم على الأرض ، وتشكل غلافًا حيًا لكوكبنا - المحيط الحيوي. يعود الفضل في تطوير مفهوم "المحيط الحيوي" وتوضيح دوره الكوكبي إلى الأكاديمي الروسي V. I. Vernadsky ، على الرغم من أن المصطلح نفسه قد استخدم في نهاية القرن الماضي. ما هو المحيط الحيوي ولماذا هو مهم جدا؟
تتكون أجزاء سطح الأرض من ثلاث قذائف معدنية غير عضوية: الغلاف الصخري هو القشرة الحجرية الصلبة للأرض ؛ الغلاف المائي - قشرة سائلة غير مستمرة ، بما في ذلك جميع البحار والمحيطات والمياه الداخلية - المحيط العالمي ؛ الغلاف الجوي عبارة عن قشرة غازية.
تسكن الحيوانات والنباتات الغلاف المائي بأكمله والأجزاء العلوية من الغلاف الصخري والطبقات السفلية من الغلاف الجوي. تم تشكيل المحيط الحيوي الحديث في عملية المنشأ والتطور التاريخي الإضافي للمادة الحية. من وقت نشأة الحياة على الأرض ، وفقًا لتقديرات مختلفة ، مرت 1.5-2.5 إلى 4.2 مليار سنة. توصل Vernadsky إلى استنتاج مفاده أنه خلال هذا الوقت تمت معالجة جميع الطبقات الخارجية من قشرة الأرض بواسطة النشاط الحيوي للكائنات الحية بنسبة 99 بالمائة. لذلك ، فإن الأرض كما ندركها ، والتي نعيش عليها ، هي إلى حد كبير نتاج نشاط الكائنات الحية.
الحياة ، التي نشأت على الأرض نتيجة للتطور الطبيعي للمادة ، على مدار ملايين السنين من وجودها في شكل كائنات مختلفة غيرت وجه كوكبنا.
تشكل جميع الكائنات الحية في المحيط الحيوي معًا كتلة حيوية ، أو "مادة حية" ، ذات طاقة قوية تغير قشرة الأرض وغلافها الجوي. يبلغ الوزن الإجمالي للكتلة النباتية حوالي 10000 مليار ، وتبلغ الكتلة الحيوانية حوالي 10 مليار طن ، أي ما يقرب من 0.01 في المائة من وزن المحيط الحيوي بأكمله بموائله الصلبة والسائلة والغازية. تشير التقديرات إلى أن الكتلة الحيوية لجميع الكائنات الحية التي سكنت الأرض ، بعد حوالي مليار سنة من ظهور الحياة ، يجب أن تكون أكبر بعدة مرات من كتلة كوكبنا. ولكن هذا لم يحدث.
لماذا لا تتراكم الكتلة الحيوية بشكل كبير؟ لماذا يتم الاحتفاظ بها عند مستوى معين؟ بعد كل شيء ، الكتلة الحيوية باعتبارها مادة حية تميل إلى التطوير المستمر والتحسين والتراكم المستمر في عملية هذا التطور ، في عملية التكاثر ونمو الكائنات الحية.
وهذا لا يحدث لأن كل عنصر يتكون منه جسم الكائن الحي يُنظر إليه من البيئة ، ثم من خلال عدد من الكائنات الحية الأخرى يعود مرة أخرى إلى البيئة المحيطة غير العضوية ، والتي يدخل منها مرة أخرى في تكوين المادة الحية الكتلة الحيوية. وبالتالي ، فإن كل عنصر يمثل جزءًا من المادة الحية يتم استخدامه مرات عديدة.
ومع ذلك ، لا ينبغي أن يؤخذ هذا بالمعنى المطلق. من ناحية ، يترك جزء من العناصر دوران المواد ، حيث أن الأرض نفسها تتراكم مركبات عضوية في شكل رواسب من الفحم والنفط والجفت والصخر الزيتي وما إلى ذلك. ومن ناحية أخرى ، يمكن للشخص أن يضمن عملية أكثر كثافة لتراكم الكتلة الحيوية ، والتي تتجلى في الزيادة المستمرة في غلات المحاصيل وإنتاجية الحيوانات الأليفة.
لكن كل هذا لا يرفض بأي حال القاعدة العامة. بشكل أساسي ، لا تزال الكتلة الحيوية على الأرض لا تتراكم ، ولكن يتم الاحتفاظ بها باستمرار عند مستوى معين ، على الرغم من أن هذا المستوى ليس مطلقًا وثابتًا. يحدث هذا لأن الكتلة الحيوية يتم تدميرها باستمرار وإعادة تكوينها من نفس مواد البناء ، داخل حدودها هناك تداول مستمر للمواد. يكتب في آي فيرنادسكي: "تلتقط الحياة جزءًا مهمًا من الذرات التي تشكل مادة سطح الأرض. تحت تأثيرها ، هذه الذرات في حركة مكثفة مستمرة. من بين هؤلاء ، يتم إنشاء ملايين المركبات المتنوعة طوال الوقت. وتستمر هذه العملية دون انقطاع لعشرات الملايين من السنين ، من أقدم العصور القديمة إلى عصرنا. لا توجد قوة كيميائية على سطح الأرض تكون أكثر نشاطًا باستمرار ، وبالتالي أقوى في نتائجها النهائية ، من الكائنات الحية ككل. 
تسمى هذه الدورة ، التي تحدث نتيجة النشاط الحيوي للكائنات الحية ، بالدورة البيولوجية للمواد. لقد اكتسبت طابعًا حديثًا مع ظهور النباتات الخضراء التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي. منذ ذلك الوقت ، اكتسبت ظروف تطور المادة الحية على الأرض طابعًا مختلفًا تمامًا.
يمكن النظر في مسار تداول المواد بإيجاز باستخدام مثال الكربون ، والذرات التي تشكل جزءًا من جزيء بروتين معقد. مع جزيء البروتين ترتبط الحياة والتمثيل الغذائي.
يحتوي كل هكتار من الأرض على ما يصل إلى 2.5 طن من الكربون في تكوين ثاني أكسيد الكربون (CO2). أظهرت الحسابات ، على سبيل المثال ، أن محاصيل قصب السكر لكل هكتار تمتص ما يصل إلى 8 أطنان من الكربون ، والذي يستخدم لبناء جسم هذه النباتات. نتيجة لذلك ، استخدمت النباتات الخضراء
سيكون مخزون الكربون بالكامل. لكن هذا لا يحدث ، لأن الكائنات الحية في عملية التنفس تطلق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون ، وحتى المزيد من الكربون يتم إطلاقه عن طريق البكتيريا والفطريات المتعفنة ، مما يؤدي إلى تدمير مركبات الكربون الموجودة في أجساد الحيوانات والنباتات. ومع ذلك ، فإن بعض أجزاء الكربون تترك مجال "الدوران" ، حيث تترسب في شكل رواسب من النفط والفحم والجفت ، وما إلى ذلك ، والتي تتحول إليها النباتات والحيوانات الميتة. لكن هذا الفقد من الكربون يتم تعويضه عن طريق تدمير كربونات الصخور ، وفي الظروف الحديثة أيضًا من خلال حرق كمية هائلة من الوقود المستخرج. نتيجة لذلك ، يبدو أن الكربون يتدفق باستمرار من الغلاف الجوي من خلال النباتات والحيوانات والكائنات الدقيقة الخضراء إلى الغلاف الجوي. وبالتالي ، فإن إجمالي مخزونات الكربون في المحيط الحيوي يظل ثابتًا تقريبًا. يمكن الافتراض بدرجة عالية من اليقين أن كل ذرة كربون تقريبًا في المحيط الحيوي منذ ظهور الحياة على الأرض كانت مرارًا وتكرارًا جزءًا من المادة الحية ، وانتقلت إلى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وعادت مرة أخرى إلى تكوين المادة الحية ، الكتلة الحيوية.
في الظروف الحديثة ، يمر الكربون في عملية الدورة البيولوجية للمواد بالمراحل التالية: 1) النباتات الخضراء ، المواد العضوية ، تمتص الكربون من الغلاف الجوي وتدخله في أجسامها ؛ 2) الحيوانات ، أو المستهلكين ، الذين يتغذون على النباتات ، يبنون مركبات الكربون في أجسامهم من مركبات الكربون الخاصة بهم ؛ 3) البكتيريا ، وكذلك بعض الكائنات الحية الأخرى ، أو المدمرات ، تدمر المواد العضوية للنباتات والحيوانات الميتة وتطلق الكربون ، الذي يهرب مرة أخرى إلى الغلاف الجوي كثاني أكسيد الكربون.
النيتروجين مكون مهم آخر من الأحماض الأمينية وبروتينات الكتلة الحيوية. مصدر النيتروجين على الأرض هو النترات ، التي تمتصها النباتات من التربة والمياه. الحيوانات ، التي تأكل النباتات ، تصنع بروتوبلازمها من الأحماض الأمينية للبروتينات النباتية. تحول البكتيريا المتعفنة مركبات النيتروجين من الجثث الميتة لهذه الكائنات الحية إلى أمونيا. ثم تقوم البكتيريا الآزوتية بتحويل الأمونيا إلى نتريت ونترات. يتم إرجاع جزء من النيتروجين إلى الغلاف الجوي عن طريق نزع النتروجين من البكتيريا. ولكن على الأرض ، في عملية تطور المادة الحية ، ظهرت الكائنات الحية قادرة على ربط النيتروجين الحر وتحويله إلى مركبات عضوية. هذه هي بعض الطحالب الخضراء المزرقة ، والتربة ، وكذلك بكتيريا العقيدات ، جنبًا إلى جنب مع خلايا جذور البقول. عندما تموت هذه الكائنات الحية ، يتم تحويل النيتروجين في أجسامها عن طريق البكتيريا الآزوتية إلى أملاح حمض النيتريك.
يتم تنفيذ دورة مماثلة بواسطة الماء والفوسفور والعديد من المواد الأخرى التي تشكل جزءًا من المادة الحية والأغلفة المعدنية للمحيط الحيوي. ونتيجة لذلك ، تشارك جميع العناصر ، باستثناءات نادرة ، في نشاط المادة الحية للمحيط الحيوي في أكبر حجم ، تدفق مستمر متحرك - الدورة البيولوجية للمواد. كتب الأكاديمي ف. فيرنادسكي: "سيكون توقف الحياة مرتبطًا حتما بوقف التغيرات الكيميائية ، إن لم يكن قشرة الأرض بأكملها ، فعندئذ على الأقل سطحها - وجه الأرض ، المحيط الحيوي".
تم تأكيد فكرة Vernadsky بشكل واضح بشكل خاص من خلال الدور الذي يلعبه الأكسجين ، وهو منتج لعملية التمثيل الضوئي للنبات ، في عملية دورانه. نشأ معظم الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي للأرض ويتم الحفاظ عليه عند مستوى معين من خلال نشاط النباتات الخضراء. بكميات كبيرة ، تستهلكه الكائنات الحية أثناء عملية التنفس. ولكن ، بالإضافة إلى ذلك ، مع وجود نشاط كيميائي ضخم ، يدخل الأكسجين باستمرار في مركبات مع جميع العناصر الأخرى تقريبًا.
إذا لم تصدر النباتات الخضراء مثل هذه الكمية الهائلة من الأكسجين ، فستختفي تمامًا من الغلاف الجوي في حوالي 2000 عام. سيتغير مظهر الأرض بالكامل ، وستختفي جميع الكائنات الحية تقريبًا ، وستتوقف جميع عمليات الأكسدة في الجزء المادي من المحيط الحيوي ... ستصبح الأرض كوكبًا بلا حياة. إنه وجود الأكسجين الحر في الغلاف الجوي للكوكب الذي يشير إلى وجود حياة عليه ، مادة حية ، هناك محيط حيوي. ونظرًا لوجود محيط حيوي ، فإن جميع عناصر البيئة تقريبًا متورطة من خلاله في دورة هائلة لا نهاية لها من المواد.
لقد تم حساب أنه في العصر الحديث يتم تداول كل الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي من خلال الكائنات الحية (المرتبطة بالتنفس ويتم إطلاقها عن طريق التمثيل الضوئي) في عام 2000 ، أن كل ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي يدور في الاتجاه المعاكس كل 300 عام ، وأن جميع المياه الموجودة على الأرض تتحلل وتعيد تكوينها عن طريق التمثيل الضوئي والتنفس خلال 2،000،000 سنة. 
تعتمد دراسة المحيط الحيوي على الدراسات الجيوكيميائية ، التي درسها في المقام الأول V. I. Vernadsky ، ودورات الأكسجين والكربون. كان أول من اقترح أن الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي الحديث قد تشكل نتيجة نشاط التمثيل الضوئي للنباتات.
يمتلك عالم الطبيعة البارز في آي فيرنادسكي قدرة مذهلة على تغطية جميع مجالات العلوم الطبيعية الحديثة تقريبًا بفكره الحاد والرائع. في أفكاره ومفاهيمه ، كان متقدمًا بفارق كبير عن مستواه المعاصر من المعرفة وتوقع تطورها لعقود قادمة. في عام 1922 ، كتب فيرنادسكي عن سيطرة الإنسان الوشيكة على احتياطيات هائلة من الطاقة النووية ، وفي نهاية الثلاثينيات من القرن الماضي ، تنبأ بالعصر القادم للسير في الفضاء. لقد وقف في أصول العديد من العلوم حول الأرض - علم المعادن الوراثي ، والكيمياء الجيولوجية ، والكيمياء الحيوية ، وعلم الجيولوجيا الإشعاعية ، وخلق عقيدة المحيط الحيوي للأرض ، والتي أصبحت ذروة عمله.
كانت عمليات البحث العلمي لـ V. I. Vernadsky مرتبطة باستمرار بعمل تنظيمي ضخم. كان البادئ في إنشاء لجنة دراسة القوى الإنتاجية الطبيعية لروسيا ، وأحد منظمي الأكاديمية الأوكرانية للعلوم وأول رئيس لها. بمبادرة من Vernadsky ، معهد الجغرافيا ، ومعهد M. دراسة التربة الصقيعية ، ثم تحولت إلى معهد V. A. أخيرًا ، جاء بفكرة إنشاء اللجنة الدولية لتحديد العمر الجيولوجي للأرض.
تدفق الطاقة في البيئة المحيطة
دورات جميع المواد مغلقة ، فهي تستخدم نفس الذرات بشكل متكرر. لذلك ، لا توجد مادة جديدة مطلوبة للدورة لتحدث. قانون حفظ المادة ، والذي بموجبه لا تنشأ المادة أو تختفي أبدًا ، واضح هنا. ولكن من أجل تحويل المواد داخل الدورة الحيوية ، هناك حاجة إلى الطاقة. بسبب أي نوع من الطاقة يتم تنفيذ هذه العملية العظيمة؟ 
المصدر الرئيسي للطاقة اللازمة للحياة على الأرض ، وبالتالي لتنفيذ الدورة البيولوجية للمواد ، هو ضوء الشمس ، أي الطاقة التي تحدث في أحشاء الشمس أثناء التفاعلات النووية عند درجة حرارة تقارب 10000000 درجة. (درجة الحرارة على سطح الشمس أقل بكثير ، فقط 6000 درجة.) يتبدد ما يصل إلى 30 بالمائة من الطاقة في الغلاف الجوي أو تنعكس بواسطة السحب وسطح الأرض ، ويتم امتصاص ما يصل إلى 20 بالمائة في الطبقات العليا بواسطة الغيوم ، يصل حوالي 50 في المائة منها إلى سطح الأرض أو المحيط ويتم امتصاصه في شكل حرارة. فقط كمية ضئيلة من الطاقة ، فقط حوالي 0.1-0.2 في المائة ، يتم التقاطها بواسطة النباتات الخضراء ؛ يوفر الدورة البيولوجية الكاملة للمواد على الأرض.
تجمع النباتات الخضراء طاقة شعاع الشمس وتراكمها في أجسامهم. تتواجد الحيوانات ، التي تأكل النباتات ، بسبب الطاقة التي تدخل أجسامها مع الطعام والنباتات المأكولة. توجد الحيوانات المفترسة أيضًا في النهاية على الطاقة المخزنة بواسطة النباتات الخضراء ، لأنها تتغذى على الحيوانات العاشبة.
وهكذا ، فإن طاقة الشمس ، التي استخدمتها النباتات الخضراء في الأصل في عملية التمثيل الضوئي ، يتم تحويلها إلى الطاقة الكامنة للروابط الكيميائية لتلك المركبات العضوية التي يتكون منها جسم النباتات. في جسم حيوان أكل نباتًا ، تتأكسد هذه المركبات العضوية بإطلاق مثل هذه الكمية من الطاقة التي ينفقها النبات على تخليق المادة العضوية. يتم استخدام جزء من هذه الطاقة في حياة الحيوان ، ويتحول جزء منها ، وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، إلى حرارة ويتبدد في الفضاء.
في النهاية ، تنتقل الطاقة التي يتلقاها النبات الأخضر من الشمس من كائن حي إلى آخر. مع كل تحول من هذا القبيل ، يتم تحويل الطاقة من شكل واحد (طاقة الحياة للنبات) إلى شكل آخر (طاقة الحياة للحيوان ، والكائنات الحية الدقيقة ، وما إلى ذلك). مع كل تحول من هذا القبيل ، يحدث انخفاض في كمية الطاقة المفيدة. لذلك ، على عكس تداول المواد ، الذي يتدفق في حلقة مفرغة ، تنتقل الطاقة من كائن حي إلى كائن حي في اتجاه معين. هناك تدفق أحادي الاتجاه للطاقة ، وليس دورة.
ليس من الصعب أن نتخيل أنه بمجرد خروج الشمس ، فإن كل الطاقة المتراكمة على الأرض ستتحول تدريجياً ، بعد فترة زمنية محددة وقصيرة نسبيًا ، إلى حرارة وتتبدد في الفضاء. سيتوقف تداول المواد في المحيط الحيوي ، وستموت جميع الحيوانات والنباتات. صورة قاتمة جميلة .. نهاية الحياة على الأرض ...
ومع ذلك ، لا ينبغي أن نشعر بالحرج من هذا الاستنتاج. بعد كل شيء ، سوف تشرق الشمس لعدة مليارات من السنين ، أي على الأقل ما دامت الحياة موجودة بالفعل على الأرض ، والتي تطورت من كتل بدائية من المادة الحية إلى الإنسان الحديث. علاوة على ذلك ، ظهر الإنسان نفسه على الأرض منذ حوالي مليون عام فقط. خلال هذه الفترة ، انتقل من فأس حجري إلى أكثر أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية تعقيدًا ، وتوغل في أعماق الذرة والكون ،
يصاحب أي انتقال للطاقة من شكل إلى آخر انخفاض في كمية الطاقة المفيدة التي تجاوزت الأرض وتتقن الفضاء الخارجي بنجاح.
كان ظهور الإنسان ومادة شديدة التنظيم مثل دماغه وما يزال ذا أهمية استثنائية لتطور الأمهات الأحياء والمحيط الحيوي بأكمله. منذ نشأتها ، كانت البشرية ، كجزء من الكتلة الحيوية ، تعتمد اعتمادًا تامًا على البيئة لفترة طويلة. ولكن مع تطور الدماغ والتفكير ، يتزايد غزو الإنسان للطبيعة ، ويرتفع فوقها ، ويخضعها لمصالحه الخاصة. في عام 1929 ، شدد إيه بي بافلوف على الدور المتزايد للإنسان في تطوير العالم العضوي على الأرض ، واقترح تسمية الفترة الرباعية بـ "الإنسان البشري" ، ثم فيرنادسكي ، معتقدًا أن البشرية تخلق قشرة ذكية جديدة من الأرض ، أو عقل المجال ، اقترحت اسم "noosphere".
يغير النشاط البشري بشكل كبير دوران المواد في المحيط الحيوي. تم استخراج وحرق حوالي 50 مليار طن من الفحم ؛ يتم استخراج بلايين الأطنان من الحديد والمعادن الأخرى والنفط والجفت. لقد أتقن الإنسان أشكالًا مختلفة من الطاقة ، بما في ذلك الطاقة الذرية. نتيجة لذلك ، ظهرت عناصر كيميائية جديدة تمامًا على الأرض وأصبح من الممكن تحويل بعض العناصر إلى عناصر أخرى ، وتم تضمين كمية كبيرة من الإشعاع المشع في المحيط الحيوي. لقد أصبح الإنسان بحجم النظام الكوني وستكون قوة عقله في المستقبل القريب قادرًا على السيطرة على مثل هذه الأشكال من الطاقة ، والتي لا نشك فيها حتى الآن.
يوجد حاليًا حوالي 500 ألف نوع نباتي وأكثر من 1.5 مليون نوع حيواني معروف على الأرض. 93٪ منهم يسكنون الأرض ، و 7٪ يسكنون البيئة المائية (الجدول).
| كتلة المادة الجافة | القارات | المحيطات | |||||
| نباتات خضراء | الحيوانات والكائنات الدقيقة | نباتات خضراء | الحيوانات والكائنات الحية الدقيقة | المجموع |
|||
| اهتمام | |||||||
من البيانات الواردة في الجدول ، يمكن ملاحظة أنه على الرغم من أن المحيطات تشغل حوالي 70٪ من سطح الأرض ، إلا أنها تشكل 0.13٪ فقط من الكتلة الحيوية للأرض.
تتكون التربة بوسائل حيوية ، وتتكون من مواد عضوية وغير عضوية. خارج المحيط الحيوي ، تكوين التربة أمر مستحيل. تحت تأثير الكائنات الحية الدقيقة والنباتات والحيوانات ، تبدأ طبقة التربة للأرض بالتشكل تدريجيًا على الصخور. العناصر الحيوية المتراكمة في الكائنات الحية ، بعد موتها وتحللها ، تنتقل مرة أخرى إلى التربة.
تعتبر العمليات التي تحدث في التربة مكونًا مهمًا لتداول المواد في المحيط الحيوي. يمكن أن يؤدي النشاط الاقتصادي البشري إلى تغيير تدريجي في تكوين التربة وموت الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش فيها. هذا هو السبب في أنه من الضروري تطوير تدابير للاستخدام المعقول للتربة. مواد من الموقع
يلعب الغلاف المائي دورًا مهمًا في توزيع الحرارة والرطوبة في جميع أنحاء الكوكب ، في دوران المادة ، لذلك له أيضًا تأثير قوي على المحيط الحيوي. يعد الماء مكونًا مهمًا للمحيط الحيوي وأحد أهم العوامل الأساسية لحياة الكائنات الحية. معظم المياه في المحيطات والبحار. يتضمن تكوين مياه المحيطات والبحر الأملاح المعدنية التي تحتوي على حوالي 60 عنصرًا كيميائيًا. الأكسجين والكربون ، الضروريان لحياة الكائنات الحية ، قابلان للذوبان بدرجة عالية في الماء. تطلق الحيوانات المائية ثاني أكسيد الكربون أثناء التنفس ، وتثري النباتات الماء بالأكسجين نتيجة لعملية التمثيل الضوئي.
العوالق
في الطبقات العليا من مياه المحيط ، التي يصل عمقها إلى 100 متر ، تنتشر الطحالب وحيدة الخلية والكائنات الحية الدقيقة ، والتي تشكل العوالق الدقيقة(من اليونانيةالعوالق - تجول).
حوالي 30٪ من التمثيل الضوئي على كوكبنا يحدث في الماء. الطحالب ، التي تدرك الطاقة الشمسية ، تحولها إلى طاقة تفاعلات كيميائية. في تغذية الكائنات المائية ، العوالق.
الكتلة الحيوية هي مصطلح يستخدم لوصف أي مادة عضوية تم إنشاؤها عن طريق التمثيل الضوئي. يشمل هذا التعريف النباتات والشجيرات الأرضية والمائية ، وكذلك النباتات المائية والكائنات الدقيقة.
الخصائص
الكتلة الحيوية هي بقايا الحياة الحيوانية (السماد) والنفايات الصناعية والزراعية. هذا المنتج ذو أهمية صناعية ، وهو مطلوب في قطاع الطاقة. تعتبر الكتلة الحيوية منتجًا طبيعيًا يكون فيه محتوى الكربون مرتفعًا جدًا بحيث يمكن استخدامه كوقود بديل.
مُجَمَّع
الكتلة الحيوية عبارة عن مزيج من النباتات الخضراء والكائنات الحية الدقيقة والحيوانات. من أجل استعادته ، هناك حاجة إلى فترة زمنية صغيرة. الكتلة الحيوية للكائنات الحية هي المصدر الوحيد للطاقة القادر على إطلاق ثاني أكسيد الكربون أثناء المعالجة. يتركز الجزء الرئيسي منه في الغابات. أما على اليابسة فتشمل الشجيرات الخضراء والأشجار ويقدر حجمها بنحو 2400 مليار طن. في المحيطات ، تتشكل الكتلة الحيوية للكائنات بشكل أسرع ، وهنا يتم تمثيلها بواسطة الكائنات الحية الدقيقة والحيوانات.
حاليًا ، يتم النظر في مفهوم مثل الزيادة في عدد النباتات الخضراء. يمثل الغطاء النباتي الخشبي حوالي 2 في المائة. معظم (حوالي سبعين في المائة) من التركيبة الإجمالية تساهم بها الأراضي الصالحة للزراعة والمروج الخضراء والنباتات الصغيرة.
حوالي خمسة عشر في المائة من إجمالي الكتلة الحيوية هي العوالق النباتية البحرية. نظرًا لحقيقة أن عملية الانقسام تحدث في فترة زمنية قصيرة ، يمكننا التحدث عن دوران كبير للغطاء النباتي لمحيطات العالم. يستشهد العلماء بحقائق مثيرة للاهتمام ، تفيد بأن ثلاثة أيام كافية لتجديد الجزء الأخضر من المحيط بالكامل.
تستغرق هذه العملية على الأرض حوالي خمسين عامًا. كل عام ، تتم عملية التمثيل الضوئي ، والتي بفضلها يتم الحصول على حوالي 150 مليار طن من المنتجات العضوية الجافة. إجمالي الكتلة الحيوية المتولدة في محيطات العالم ، على الرغم من المؤشرات غير المهمة ، يمكن مقارنتها بالمنتجات المتولدة على الأرض.
يمكن تفسير عدم أهمية وزن النباتات في محيطات العالم من خلال حقيقة أن الحيوانات والكائنات الحية الدقيقة تأكلها في فترة زمنية قصيرة ، ولكن تمت استعادة الغطاء النباتي تمامًا هنا بسرعة كبيرة.
تعتبر الغابات شبه الاستوائية والاستوائية الأكثر إنتاجية في الجزء القاري من المحيط الحيوي للأرض. يتم تمثيل الكتلة الحيوية المحيطية بشكل رئيسي من خلال الشعاب المرجانية ومصبات الأنهار.
من تقنيات الطاقة الحيوية المستخدمة حاليًا ، نفرد: الانحلال الحراري ، التغويز ، التخمير ، التخمير اللاهوائي ، أنواع مختلفة من احتراق الوقود.
تجديد كمية الكتلة الحيوية
في الآونة الأخيرة ، في العديد من البلدان الأوروبية ، تم إجراء تجارب مختلفة تتعلق بزراعة غابات الطاقة التي يتم الحصول على الكتلة الحيوية منها. معنى الكلمة مهم بشكل خاص اليوم ، عندما يتم إيلاء اهتمام وثيق للقضايا البيئية. عملية الحصول على الكتلة الحيوية ، وكذلك المعالجة الصناعية للنفايات الصلبة المنزلية ، ولب الخشب ، والمراجل الزراعية ، مصحوبة بإطلاق البخار الذي يحرك التوربين. من وجهة نظر بيئية ، فهي آمنة تمامًا للبيئة.
نتيجة لذلك ، يتم ملاحظة دوران دوار المولد ، القادر على توليد الطاقة الكهربائية. تدريجيًا هناك تراكم للرماد ، مما يقلل من كفاءة توليد الطاقة ، لذلك يتم إزالته بشكل دوري من خليط التفاعل.
في المزارع التجريبية الضخمة ، تزرع الأشجار سريعة النمو: الأكاسيا ، الحور ، الأوكالبتوس. تم اختبار حوالي عشرين نوعًا من النباتات.
تم التعرف على المزارع المشتركة كخيار مثير للاهتمام ، حيث تزرع ، بالإضافة إلى الأشجار ، المحاصيل الزراعية الأخرى. على سبيل المثال ، يُزرع الشعير بين صفوف أشجار الحور. مدة دوران غابة الطاقة التي تم إنشاؤها من ست إلى سبع سنوات.
معالجة الكتلة الحيوية
دعنا نواصل الحديث حول ما هي الكتلة الحيوية. تم تعريف هذا المصطلح من قبل علماء مختلفين ، لكنهم جميعًا مقتنعون بأن النباتات الخضراء هي خيار واعد للحصول على وقود بديل.
بادئ ذي بدء ، تجدر الإشارة إلى أن المنتج الرئيسي للتغويز هو الهيدروكربون - الميثان. يمكن استخدامه كمادة وسيطة في الصناعة الكيميائية وكوقود فعال.
الانحلال الحراري
مع الانحلال الحراري السريع (التحلل الحراري للمواد) ، يتم الحصول على الزيت الحيوي ، وهو وقود قابل للاشتعال. تُستخدم الطاقة الحرارية المنبعثة في هذه الحالة لتحويل الكتلة الحيوية الخضراء كيميائيًا إلى زيت صناعي. النقل والتخزين أسهل بكثير من المواد الصلبة. علاوة على ذلك ، يتم حرق الزيت الحيوي ، أثناء تلقي الطاقة الكهربائية. يمكن أن يحول الانحلال الحراري الكتلة الحيوية إلى زيت فينولي ، والذي يستخدم لإنتاج غراء الخشب ، والرغوة العازلة ، والبلاستيك المقولب.
التخمير اللاهوائي
يتم تنفيذ هذه العملية بواسطة البكتيريا اللاهوائية. تعيش الكائنات الحية الدقيقة في أماكن لا يوجد فيها وصول للأكسجين. تستهلك المواد العضوية وتشكل الهيدروجين والميثان أثناء التفاعل. عند توفير السماد ، ومياه الصرف الصحي لهضمات خاصة ، وإدخال الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية فيها ، من الممكن استخدام الغاز الناتج كمصدر للوقود.
البكتيريا قادرة على تحلل المواد العضوية الموجودة في مدافن النفايات ونفايات الطعام وتشكيل الميثان. يمكن استخدام المنشآت الخاصة لاستخراج الغاز واستخدامه كوقود.
خاتمة
لا يعتبر الوقود الحيوي مصدرًا ممتازًا للطاقة فحسب ، ولكنه أيضًا وسيلة لاستخراج المواد الكيميائية القيمة. لذلك ، أثناء المعالجة الكيميائية للميثان ، يمكن الحصول على مركبات عضوية مختلفة: الميثانول ، والإيثانول ، والأسيتالديهيد ، وحمض الخليك ، والمواد البوليمرية. على سبيل المثال ، يعتبر الإيثانول مادة قيّمة تستخدم في مختلف الصناعات.
أجرى علماء الأحياء تحليلًا كميًا للتوزيع العالمي للكتلة الحيوية على الأرض ، والتي بلغ مجموعها 550 مليار طن من الكربون. اتضح أن أكثر من 80 في المائة من هذا العدد يقع على النباتات ، وأن إجمالي الكتلة الحيوية للكائنات الأرضية أكبر بمرتين تقريبًا من الكائنات البحرية ، ونسبة البشر حوالي 0.01 في المائة ، يكتب العلماء في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
تعد البيانات الكمية عن الكتلة الحيوية الكلية لجميع الكائنات الحية على الأرض وتوزيعها بين الأنواع الفردية معلومات مهمة لعلم الأحياء والبيئة الحديثين: يمكن استخدامها لدراسة الديناميات العامة وتطور المحيط الحيوي بأكمله ، واستجابته للعمليات المناخية التي تحدث على الكوكب. يمكن أن يكون كل من التوزيع المكاني للكتلة الحيوية (جغرافيًا ، حسب العمق وموائل الأنواع) وتوزيعها بين الأنواع المختلفة من الكائنات الحية مؤشرًا مهمًا في تقييم الكربون ومسارات النقل الأولية الأخرى ، وكذلك التفاعلات البيئية أو سلاسل الغذاء. ومع ذلك ، حتى الآن ، تم إجراء تقديرات كمية لتوزيع الكتلة الحيوية إما للأصناف الفردية أو داخل بعض النظم البيئية ، ولم يتم بعد إجراء تقديرات موثوقة للمحيط الحيوي بأكمله.
للحصول على مثل هذه البيانات ، أجرت مجموعة من العلماء من إسرائيل والولايات المتحدة ، بقيادة رون ميلو (رون ميلو) من معهد وايزمان للعلوم ، نوعًا من التعداد لجميع أنواع الحيوانات مع تقييم الكتلة الحيوية والتوزيع الجغرافي. جمع العلماء جميع البيانات من عدة مئات من المقالات العلمية ذات الصلة ، وبعد ذلك قاموا بمعالجة هذه المعلومات باستخدام مخطط التكامل المطور ، مع مراعاة التوزيع الجغرافي للأنواع. كمؤشر كمي للكتلة الحيوية المنسوبة إلى أنواع مختلفة ، استخدم العلماء معلومات عن كتلة الكربون التي تقع على أصناف مختلفة (أي ، لم تؤخذ كتلة الماء في الاعتبار عند التفكير ، على سبيل المثال). الآن جميع النتائج التي تم الحصول عليها ، وكذلك البرامج المستخدمة للتحليل ، هي في المجال العام ، ويمكن العثور عليها على github.
رسم تخطيطي لاشتقاق البيانات عن التوزيع العالمي للكتلة الحيوية من البيانات غير الكاملة المتاحة ، مع مراعاة التوزيع الجغرافي للبارامترات البيئية
Y.M Bar-On et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences، 2018
أظهر تحليل البيانات التي تم الحصول عليها أن إجمالي الكتلة الحيوية لجميع الكائنات الحية على الأرض ما يقرب من 550 مليار طن من الكربون. في الوقت نفسه ، يتم احتواء الغالبية العظمى منه من قبل ممثلي المملكة النباتية: 450 جيجا طن من الكربون هي أكثر من 80 في المائة من الإجمالي. تأتي البكتيريا في المرتبة الثانية: حوالي 70 مليار طن من الكربون ، في حين أن الحيوانات (2 مليار طن) هي أيضًا أدنى من الفطريات (12 مليار طن) ، والعتائق (7 مليار طن) والأوليات (4 مليارات طن). من بين الحيوانات ، تمتلك المفصليات أكبر كتلة حيوية (1 مليار طن) ، وعلى سبيل المثال ، إجمالي الكتلة الحيوية للأنواع الانسان العاقلهو 0.06 مليار طن من الكربون - هذا ما يقرب من 0.01 في المائة من إجمالي الكتلة الحيوية على الأرض.
توزيع الكتلة الحيوية بين ممثلي الممالك المختلفة (يسار) وداخل مملكة الحيوان (يمين)
Y.M Bar-On et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences، 2018
توزيع الكتلة الحيوية بين الموائل المختلفة: المجموع لجميع الكائنات الحية (يسار) وبشكل منفصل لممثلي الممالك المختلفة (يمين)
Y.M Bar-On et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences، 2018
ومن المثير للاهتمام أن النسبة القصوى لممثلي الممالك الرئيسية من حيث الكتلة الحيوية تعيش في موائل مختلفة. لذا ، فإن معظم النباتات هي أنواع برية. يعيش الحد الأقصى من الكتلة الحيوية للحيوانات في البحار والمحيطات ، وعلى سبيل المثال ، تقع معظم البكتيريا والعتائق في أعماق الأرض. في الوقت نفسه ، يبلغ إجمالي الكتلة الحيوية للكائنات الأرضية حوالي أمرين من حيث الحجم أكبر من الكائنات البحرية ، والتي ، وفقًا لمؤلفي الدراسة ، تمثل 6 مليارات طن فقط من الكربون.
يلاحظ العلماء أنه بسبب نقص المعلومات الدقيقة ، يتم حساب البيانات التي تم الحصول عليها بدرجة كبيرة جدًا من عدم اليقين. وبالتالي ، يمكن فقط تقدير الكتلة الحيوية للنباتات على الأرض بثقة كافية ، بينما بالنسبة للبكتيريا والعتائق ، قد تختلف البيانات التي تم الحصول عليها عن البيانات الفعلية بمعامل 10. ومع ذلك ، فإن عدم اليقين في البيانات المتعلقة بإجمالي الكتلة الحيوية لجميع الكائنات الحية على الأرض لا يتجاوز 70 في المائة.
وفقًا لمؤلفي العمل ، تستند النتائج التي حصلوا عليها إلى بيانات من الدراسات العلمية الحالية ، وبالتالي يمكن استخدامها في التقييمات البيئية والبيولوجية الحديثة ، على الرغم من وجود خطأ كبير إلى حد ما. لاحظ العلماء أيضًا أنه عند تحليل البيانات ، تمكنوا من تحديد تلك المناطق الجغرافية التي لا يوجد بها حاليًا سوى القليل جدًا من البيانات وهناك حاجة إلى مزيد من البحث. يأمل الباحثون أن يسمح تنقيح البيانات في المستقبل ليس فقط بإجراء مثل هذا التحليل بدقة جغرافية كافية ، ولكن أيضًا لمراقبة ديناميكيات التغييرات في مثل هذه التوزيعات بمرور الوقت.
في الآونة الأخيرة ، وزع العلماء الكتلة الحيوية في أنظمة أصغر من خلال النظر إلى الغابات الكبيرة عبر الأرض. اتضح أن أكثر من نصف الكتلة الحيوية للغابة تمثل واحد في المائة فقط من أكبر الأشجار ، والتي يتجاوز قطر معظمها 60 سم. في الوقت نفسه ، يمكن بالفعل إجراء تحليل ديناميكي لبعض أنواع الحيوانات في مناطق جغرافية معينة. على سبيل المثال ، درس علماء البيئة الأوروبيون العام الماضي الكتلة الحيوية للحشرات الطائرة في المتنزهات الوطنية في ألمانيا ، وانخفضت بنسبة 76 في المائة دفعة واحدة خلال 27 عامًا.
الكسندر دوبوف
الكتلة الحيوية للأرض. على أرض الأرض ، بدءًا من القطبين إلى خط الاستواء ، تزداد الكتلة الحيوية تدريجياً. في الوقت نفسه ، يتزايد أيضًا عدد الأنواع النباتية. تفسح التندرا مع الأشنات والطحالب الطريق للغابات الصنوبرية وعريضة الأوراق ، ثم السهوب والنباتات شبه الاستوائية. يحدث أكبر تركيز وتنوع للنباتات في الغابات الاستوائية المطيرة. يصل ارتفاع الأشجار إلى 110-120 م. تنمو النباتات في عدة طبقات ، والنباتات الهوائية تغطي الأشجار. يعتمد عدد الأنواع الحيوانية وتنوعها على كتلة النبات ويزداد أيضًا باتجاه خط الاستواء. في الغابات ، يتم توطين الحيوانات في طبقات مختلفة. لوحظ أعلى كثافة للحياة في التكاثر الحيوي ، حيث ترتبط الأنواع بسلاسل الغذاء. تشكل السلاسل الغذائية ، المتشابكة ، شبكة معقدة لنقل العناصر الكيميائية والطاقة من رابط إلى آخر. بين الكائنات الحية هناك منافسة شرسة لامتلاك الفضاء والطعام والضوء والأكسجين. للإنسان تأثير كبير على الكتلة الحيوية للأرض. تحت تأثيرها ، يتم تقليل المناطق المنتجة للكتلة الحيوية.
الكتلة الحيوية للتربة. التربة هي البيئة الضرورية للحياة النباتية والتكاثر الحيوي مع مجموعة متنوعة من الكائنات الحية الدقيقة. هذه طبقة سطحية فضفاضة من قشرة الأرض ، يتم تعديلها بواسطة الغلاف الجوي والكائنات الحية ويتم تجديدها باستمرار بالبقايا العضوية. يحدث تكوين المادة العضوية الحية على سطح الأرض ؛ تحلل المواد العضوية ، ويتم تمعدنها بشكل رئيسي في التربة. تشكلت التربة تحت تأثير الكائنات الحية والعوامل الفيزيائية والكيميائية. يزداد سمك التربة مع الكتلة الحيوية السطحية وتحت تأثيرها من القطبين إلى خط الاستواء. في خطوط العرض الشمالية ، الدبال له أهمية خاصة.
توزيع الكتلة الحيوية على سطح الأرض.
التربة مكتظة بالكائنات الحية. مياه الأمطار ، وذوبان الثلج يثريها بالأكسجين ويذوب الأملاح المعدنية. يتم الاحتفاظ بجزء من الحلول في التربة ، ويتم تنفيذ جزء منها في الأنهار والمحيط. تقوم التربة بتبخير المياه الجوفية المتصاعدة من خلال الشعيرات الدموية. هناك حركة للحلول وترسيب الأملاح في آفاق التربة المختلفة.
كما يحدث تبادل الغازات في التربة. في الليل ، عند تبريد الغازات وضغطها ، تتغلغل فيها كمية معينة من الهواء. تمتص الحيوانات والنباتات أكسجين الهواء وهو جزء من المركبات الكيميائية. تلتقط بعض البكتيريا النيتروجين الذي يخترق التربة بالهواء. أثناء النهار ، عندما يتم تسخين التربة ، يتم إطلاق الغازات: ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين والأمونيا. يتم تضمين جميع العمليات التي تحدث في التربة في دورة المواد في المحيط الحيوي.
تتسبب بعض أنواع النشاط الاقتصادي البشري (كيميائية الإنتاج الزراعي ، ومعالجة المنتجات البترولية ، وما إلى ذلك) في الموت الجماعي لكائنات التربة التي تلعب دورًا مهمًا في المحيط الحيوي.
الكتلة الحيوية للمحيطات. يشغل الغلاف المائي للأرض ، أو المحيط العالمي ، أكثر من ثلثي سطح الكوكب. تتمتع المياه بقدرة حرارية عالية ، مما يجعل درجة حرارة المحيطات والبحار أكثر اتساقًا ، مما يخفف من التغيرات الشديدة في درجات الحرارة في الشتاء والصيف. يتجمد المحيط عند القطبين فقط ، ولكن توجد كائنات حية تحت الجليد.
الماء مذيب جيد. تشتمل تركيبة مياه المحيطات على أملاح معدنية تحتوي على حوالي 60 عنصرًا كيميائيًا ؛ ويذوب فيها الأكسجين وثاني أكسيد الكربون القادمان من الهواء. تطلق الحيوانات المائية أيضًا ثاني أكسيد الكربون عندما تتنفس ، وتثري الطحالب الماء بالأكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي.
الخصائص الفيزيائية والتركيب الكيميائي لمياه المحيطات ثابتة للغاية وتخلق بيئة مواتية للحياة. يحدث التمثيل الضوئي للطحالب بشكل رئيسي في الطبقة العليا من الماء - حتى 100 متر. سطح المحيط بهذا السماكة مليء بالطحالب المجهرية أحادية الخلية التي تشكل العوالق الدقيقة.
تلعب العوالق دورًا رئيسيًا في تغذية حيوانات المحيط. تتغذى مجدافيات الأرجل على الطحالب والأوليات. تأكل الرنجة والأسماك الأخرى القشريات. الرنجة تؤكل من قبل الأسماك والنوارس المفترسة. تتغذى حيتان البالين حصريًا على العوالق. في المحيط ، بالإضافة إلى العوالق والحيوانات التي تسبح بحرية ، هناك العديد من الكائنات الحية المرتبطة بالقاع والزحف على طوله. سكان القاع يسمى benthos. لوحظ تكاثف الكائنات الحية في المحيط: العوالق ، والساحلية ، والقاع. تشمل المجموعات الحية أيضًا مستعمرات مرجانية تشكل الشعاب المرجانية والجزر. تنتشر البكتيريا في المحيط ، وخاصة في قاعه ، وتحول المخلفات العضوية إلى مواد غير عضوية. الكائنات الميتة تستقر ببطء في قاع المحيط. كثير منهم مغطى بقذائف الصوان أو الجيرية ، وكذلك الأصداف الجيرية. في قاع المحيط ، تشكل صخور رسوبية.
في الوقت الحاضر ، يعمل عدد من البلدان على حل مشكلة استخراج المياه العذبة والمعادن من المحيط والاستفادة الكاملة من مواردها الغذائية مع حماية الحيوانات الأكثر قيمة.
الغلاف المائي له تأثير قوي على المحيط الحيوي بأكمله. تؤدي التقلبات اليومية والموسمية في تسخين سطح الأرض والمحيطات إلى دوران الحرارة والرطوبة في الغلاف الجوي وتؤثر على المناخ ودورات المواد في جميع أنحاء المحيط الحيوي.
يؤدي إنتاج النفط في البحار ونقله في ناقلات وأنشطة بشرية أخرى إلى تلوث المحيط العالمي وتقليل كتلته الحيوية.
